Incidenza di radiazione UV e X sui grani di polvere e l’arricchimento di composti organici nei dischi protoplanetari.

Dal gran numero di esopianeti scoperti da missioni come Kepler e CoRoT risulta evidente che la presenza di pianeti è una caratteristica piuttosto comune tra le stelle della nostra Galassia. Si stima, ad esempio, che in media ogni stella di piccola massa ospita un esopianeta. La formazione planetaria è quindi un fenomeno che avviene diffusamente nella Via Lattea. Ma avviente ovunque allo stesso modo o l’evoluzione dei dischi protoplanetari, le strutture a disco che caratterizzano le stelle giovani e che evolvono in sistemi planetari, può venire influenzata dall’ambiente circostante o dalla radiazione emessa dalla loro stella?

 

Un aspetto interessante da analizzare in questo contesto è la possibilità che la radiazione UV ed ai raggi X incidente sulle polveri dei dischi protoplanetari possa indurre la formazione di composti chimici organici. I dischi protoplanetari, infatti, ospitano una ricca popolazione di grani di polveri, il cui aggregamento in agglomerati ed infine in planetesimali, gli embrioni della formazione planetaria, costituisce il processo alla base della formazione dei pianeti. Su questi grani di polvere, date le basse temperature dei dischi tipicamente sotto i -200 gradi, si depositano strati di ghiacci di sostanze come l’acqua (H2O) o il monossido di carbonio (CO). Irradiati da fotoni UV ed ai raggi X, questi ghiacci possono sublimare (un processo particolare di sublimazione chiamato “desorption” perchè interessa lo strato superficiale dei ghiacci depositati sui grani), arricchendo l’ambiente di formazione planetaria di composti organici, alcuni dei quali fondamentali per lo sviluppo della vita.

 

Questo processo è l’argomento trattato nello studio “X-Ray Photo-desorption of H2O:CO:NH3 Circumstellar Ice Analogs: Gas-phase Enrichment” di A. Jiménez-Escobar (Inaf-OAPA), recentemente pubblicato su “the Astrophysical Journal”. L’articolo si basa su esperimenti condotti presso l’Interstellar Photo-process System del National Synchrotron Radiation Research Center a Hsinchu (Taiwan), una camera a vuoto spinto capace di raggiungere una pressione di 1.3 × 10−10 mbar. Durante l’esperimento i ricercatori hanno irradiato per circa 12 minuti con raggi X un composto di ghiaccio di H2O+CO+NH3 (acqua, monossido di carbonio e ammoniaca) tenuto a -260 gradi, confrontando lo spettro del composto sia prima che durante l’esposizione. Dall’esperimento è risultata un’evidente sublimazione di molecole organiche dal composto. Gli autori dello studio hanno inoltre misurato l’efficienza di sublimazione dovuto ai raggi X e confrontato i valori con quelli ottenuti irradiando il ghiaccio con radiazione UV. L’efficienza di sublimazione dovuta ai raggi X è da 2 a 40 volte maggiore che con i raggi UV, sebbene la prima tenda a diminuire rapidamente con il tempo. Nel contesto della formazione planetaria, il processo di sublimazione delle molecole organiche depositate sui grani a seguito dell’irraggiamento di raggi X e UV, emessi dalla stella centrale o da stelle vicine, è  quindi di grande importanza per l’evoluzione chimica dei sistemi planetari in formazione.

 

La figura (link) mostra gli spettri del composto di ghiaccio prima e dopo l’esperimento.

 

di Mario Giuseppe Guarcello    ( segui @mguarce)